Paleolago Tiliviche y Sus Relaciones Estratigráficas y Pleoclimáticas, Cuenca Pampa del Tamarugal, I Región, Chile 1 1* 2 2 Naomi Kirk-Lawlor , Teresa Jordan , Jason Rech , Sophie Lehmann 1 Department of Earth & Atmospheric Sciences, Cornell University, Ithaca, NY 14853, USA 2 Department of Geology, Miami University, Oxford, OH 45056 USA *E-mail: [email protected] Resumen. En el sector occidental de la Depresión Central entre latitudes 19°20’ y 19°40’S, parte de la Cuenca Pampa del Tamarugal actualmente bajo condiciones hiperáridas del Desierto de Atacama, afloran estratos caracterizados por diatomitas, areniscas, y arcillas que rellenan una paleorelieve labrada en el basamento. Por sus características sedimentarias, fauna, y la pureza y continuidad lateral de las diatomitas, se interpreta que se depositaban en un ambiente lacustre. Dataciones nuevas y magnetoestratigrafía publicada antes sugieren que la edad del paleolago es 11 a 9 Ma en el este, y seguía hasta más joven en el oeste. La Cuenca se evolucionó desde un drenaje exorréico hacia parcialmente endorréico tarde en el Mioceno medio, y fue exorréico durante el Plio-Cuaternario. Se interpreta que el lago formó durante la transición de larga escala temporal regional desde clima semi-árido hacia hiperárido, cuando todavía estaba húmedo en la alta cordillera Andina vecina. Después, durante largos intervalos de mayor intensidad hiperárido, el sector oriental de la Pampa del Tamarugal acumulaba paleosuelos salinos mientras que en el sector occidental acumulaba sedimentos químicos (yeso estratificado) cuando y donde la napa freática subía hasta donde se evaporaba. En el sector oriental de la Depresión Central, la gran parte del pediplano por encima de la Fm. El Diablo es un suelo relicto salino, endurecido por yeso y halita (Lehmann et al. 2009). Estos suelos salinos son productos de la exposición en un ambiente hiperárido por millones de años (Ewing et al., 2006; Rech et al., 2006). Para las terrazas dentro la Queb. Aroma y el pedimento a su borde (Fig. 1), Evenstar et al. (2009) ocuparon isótopos cosmogénicos para mostrar que, dentro ~15 Ma durante cual la hiperaridez era común, ocurrieron intervalos de mayor actividad geomorfológica. Un ejemplo de mayor retrabajo en la pampa ocurrió a las ~7 Ma, y otro que terminó a las ~2.8 Ma labró la terraza principal (Evenstar et al., 2009). 2 Los Sedimentos Lacustres La unidad de diatomita se estira por más de 16 km en dirección este-oeste (70º05’ a 69.95°W) (Figura 1). En el oeste, capas blancas espesas constan de más de 95% diatomeas y fragmentos de diatomeas. Las diatomeas de formas estiradas predominan, con simetría bilateral y longitud entre 5 µm a 300 µm. Fragmentos de diatomeas (< 5 µm) constituyen 40-75% de esta facies. Dentro estratos color rosado las diatomeas (75-85%) se mezclan con arcilla y arena. En este sector occidental, un miembro inferior de casi pura diatomita alcanza 20 a 35 m de espesor, y un miembro arcilloso superior mide 25 a 40 m (Figura 2). Un yacimiento explotó el miembro inferior. Palabras claves: depósitos lacustres; cuenca de antearco; diatomitas; paleoclima; Atacama 1 Introducción En la cuenca del antearco de Chile (Depresión Central o Cuenca Pampa del Tamarugal) en una zona de 500 km2 afloran estratos ricos en diatomita. Este trabajo evalua su significado paleogeográfico y paleoclimatológico. En el este donde la Rt. 5 cruza las Queb. Tana y Tiliviche, la unidad se expresa en una serie alternante entre diatomitas rosadas y areniscas gris oscuras, con niveles calcíticos poco frecuente. Las diatomitas, de 1-30 cm de espesor, llevan arcilla y arena. Las capas más puras en diatomeas se engruesan hacia el oeste. Las areniscas gris oscura, 5-50 cm en espesor, se caracterizan por granos bien seleccionados de arena mediana a gruesa y grava fina, con laminación horizontal y entrecruzamiento. Pozos exploratorios exponen ≥3 m espesor de diatomita. Los estratos afloran en las laderas de las Queb. Tiliviche y Tana, en los cortes de la Ruta 5, y en pozos de 2 a 4 m de profundida excavados para producción y exploración para diatomita, y para áridos. El espesor no supera los 70 m. La secuencia estratigráfica aflorada consta hacia arriba en unidades Mesozoicas igneo-metamórfico-sedimentario, estratos pardo-rojas consolidadas de edad incierta, la unidad con diatomitas y, sobre una discordancia erosiva, gravas fluviales y evaporitas. Muzzio (1986; 1987) y von Rotz et al. (2005) agrupan los estratos ricos en diatomeas con la Fm. El Diablo. 634 Por la fauna, la pureza de las diatomitas en sectores occidentales, y la falta de evidencia de plantas asociadas a las diatomitas, interpretamos estos estratos como una facies lacustre. La transición hacia facies más siliciclásticos hacía el este sugiera que el margen oriental del lago consistía en una delta, suministrado por quebradas y ríos que drenaron los Andes. Informalmente, lo nombramos el Paleolago Tiliviche. El mapeo de las diatomitas indica que la facies no representa un paleo-horizonte, sino una manta que tapaba el fondo con relieve compleja de un lago profundo. 3 Relaciones Estratigráficas y Edad Dos tobas relacionadas aflorada en la Queb. Tana por la Rt 5 controlan la edad de formación y destrucción del paleolago Tiliviche (Tabla 1). Muestra 2011-11, una toba de 30 cm de espesor intercalada a un nivel 15 m por encima de la base de la columna aflorada, indica una edad de 10.86±0.04 Ma. La muestra 2011-1, una toba blanca de 8 cm de espesor que rellena un canal somero labrado en el conglomerado cuspidal, tiene una edad de 3.04±0.03 Ma. Atado por la toba 2011-11, la magnetoestratigrafía de los estratos lacustres aflorados por Rt 5 en Queb. Tana (Von Rotz et al. 2005) se correlaciona a la escala global en el rango entre 11 y 9 Ma. Se indica millones de años de hiato durante el Mioceno superior y Plioceno por una toba intercalada en la arenisca clara por encima de la diatomita que dió 5.5+/-0.6 Ma (Naranjo and Paskoff, 1985) y por la muestra 2011-1. Además, ~3 km al sur de la Q. Tiliviche, Allmendinger et al. (2005) dataron en 3.49+/-0.04 Ma una toba intercalada en las evaporitas por encima de la facies diatomita. Figura 1. Límites del paleolago Tiliviche (linea punteada). Linea roja marca la Rt. 5. Cercano a la Rt.5, encima de estas litologías intercaladas, sigue arriba una discordancia erosiva y areniscas gris claras con buena selección y entrecruzamiento (Figura 2). Donde hay 8 m de esta unidad, son comunes estratos de espesores 1 a 30 cm. Por encima de una segunda discordancia erosiva afloran 1-2 m de gravas pardas, entrecruzadas en artesa. Tabla 1. Análisis de edades; laboratorio de geocronología SERNAGEOMIN, Santiago. Muestra NKL 201111 2011-1 Figura 2. Las facies se transicionan entre un predominio de diatomitas en el oeste hacia un sector de intercalaciones de diatomitas y areniscas en el este. A) yeso y halita; B) conglomerados entrecruzados; C) areniscas finas a medianas, gris claros, con entrecruzamiento; D) areniscas gruesas, gris oscuras, intercalada con lutita (arcilla y limo) y diatomita; E) diatomita rosada en capas gruesas; F) diatomita blanca en capas gruesas; G) estratos siliciclásticos; H basamento cristalino. Rayas diagonales indican cobertura. método/ mineral Ar/Ar biotita tipo Ar/Ar biotita plateau 100% plateau 97% edad (Ma) 10.86 error (Ma) 0.04 3.04 0.03 Edades entre 11 y 9 Ma para la facies lacustre indica que es la facies distal de la parte superior de la Fm. El Diablo (Parraguez, 1998; Pinto, 1999; Farias et al., 2005; von Rotz et al., 2005). Es llamativo que el paleolago rellenaba paleoquebradas más amplias y menos profundas que las actuales. Estas quebradas podían haber sido labradas por ríos correspondiendo a la depositación de las formaciones del Mioceno inferior y medio (Fm. Oxaya y miembro inferior de la Fm El Diablo). Donde se encuentran diatomitas en la Pampa de Tiliviche, los estratos cuspidales son pocos metros de evaporitas. Especialmente diagnóstico entre las evaporitas son areniscas cuyos clastos son yeso (gypsarenita), que forman capas delgadas (1-5 cm). Un componente menor en las capas yesosa es diatomeas. 635 in the northern Atacama Desert, Chile. In Geological Society of America Annual Meeting, 244-33. 4 Conclusiones A pesar de un estado de hiperaridez dentro la Pampa de Tamarugal en general, se interpreta que el clima durante los últimos tiempos de la Fm. El Diablo, ~11 a 9 Ma, era suficientemente húmedo en las alturas de los Andes para que corrían ríos permanentes. Donde el paleo-Queb. Tiliviche/Tana cruzaba la Cordillera de la Costa, el río se encontró parcialmente bloqueado y un lago se formó. Es probable que el lago no era endorréica sino que suministraba un río en su extremo occidental. A los 9 Ma, llegó un grado de hiperaridez en cual los procesos hidraúlicas dejaron de suministrar sedimentos a la Cuenca Pampa del Tamarugal (Nester y Jordan, 2012), y el lago se achicaba hasta que servía como superficie de salares. Por fin, más joven que 3.0 Ma, las quebradas cortaron fuertemente, dejando el paleosalar sin una napa freática somera. Muzzio J., G. 1986, Geología de los cuadrángulos Caleta Camarones, Cuya Punta Gorda y Cerro Atajaña, I región, Chile. Informe de Avance: SERNAGEOMIN, Chile. Muzzio J., G. 1987. Geologia de los cuadrángulos Pisagua, Zapiga, Caleta Buena y Huara. Informe de Avance, Proyecto Hoja Pisagua: SERNAGEOMIN, Chile. Naranjo, J.A.; Paskoff, R. 1985. Evolución cenozoica del piedemonte andino en la Pampa del Tamarugal, norte de Chile (18° -21°S), In IV Congreso Geologico Chileno, Actas 4: 149-165. Antofagasta. Nester, P.L.; Jordan, T.E. 2012. A Forearc Basin in Northern Chile: The Intersection of Tectonics and Climate, In Recent Advances in Tectonics of Sedimentary Basins, Blackwell Publishing. Busby, C.; Azor, A. editors, 369-381. Oxford, England. Parraguez, G.V. 1998. Sedimentologia y geomorphologia producto de la tectonica Cenozoica, en la Depresion Central, Pampa de Chaca, 1 Region Tarapaca, Chile. Santiago, Chile, Universidad de Chile. Agradecimientos Agradememos a Antonio Díaz Tapia por numerosos servicios asesorios de terreno, a Carlos Perez de Arce de SERNAGEOMIN por esfuerzos analíticos en el laboratorio de geocronología, a la National Science Foundation (USA) por el apoyo fiscal del proyecto EAR-0609621, y a la National Science Foundation Graduate Research Fellowship program (USA). Pinto, L. 1999. Evolución tectónica y geomorfológica Cenozoica del borde occidental del Altiplano y su registro sedimentario entre los 19º08'-19º27'S (Región de Tarapacá, Chile): Santiago, Chile, Universidad de Chile. Rech, J.A.; Currie, B.S.; Michalski, G.; Cowan, A.M. 2006. Neogene climate change and uplift in the Atacama Desert, Chile. Geology 34: 761-764. von Rotz, R.; Schlunegger, F.; Heller, F.; Villa, I. 2005. Assessing the age of relief growth in the Andes of northern Chile: Magnetopolarity chronologies from Neogene continental sections: Terra Nova 17: 462-471. 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